JP4255632B2

JP4255632B2 - 電気負荷の断線検出装置

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Publication number: JP4255632B2
Application number: JP2001342102A
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Inventors: 信友高木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
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Filing date: 2001-11-07
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気負荷の断線検出を行う断線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両においては、テールランプやストップランプといった電気負荷の断線を検出するための断線検出装置として、図６のような構成のものが用いられている。
【０００３】
具体的に説明すると、図６に示す従来の断線検出装置１００は、ランプＬに電力を供給する電源としてのバッテリ１０の高電位側（即ち、バッテリ１０のプラス端子の電圧であり、以下、バッテリ電圧ＶＢという）からランプＬへ至る電流供給経路に直列に設けられた電流／電圧変換用抵抗１２と、その電流／電圧変換用抵抗１２の両端の各電圧を入力とした差動増幅回路１４と、差動増幅回路１４の出力電圧（後述するオペアンプ２０の出力電圧）Ｖｏｕｔ１を増幅する非反転増幅回路１６と、非反転増幅回路１６の出力電圧（後述するオペアンプ２５の出力電圧）Ｖｏｕｔ２を入力し、その電圧Ｖｏｕｔ２と断線状態判定用の判定値とを比較することにより、ランプＬの断線状態を判定するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１８とを備えている。
【０００４】
尚、図６の断線検出装置１００が断線検出の対象としている電気負荷としてのランプＬは、車両のブレーキペダルが踏まれてストップスイッチＳＴＳがオンすると点灯するｎ個のストップランプＬ１〜Ｌｎである。このため、図６の断線検出装置１００では、互いに並列接続されたストップランプＬ１〜Ｌｎの接地電位側とは反対側の端部が、電流／電圧変換用抵抗１２の一端に共通接続されており、その電流／電圧変換用抵抗１２の他端が、ストップスイッチＳＴＳを介してバッテリ１０のプラス端子に接続されるようになっている。
【０００５】
また、差動増幅回路１４は、オペアンプ２０と、一端がオペアンプ２０の反転入力端子（−端子）に接続された抵抗２１と、オペアンプ２０の反転入力端子と出力端子との間に設けられた抵抗２２と、一端がオペアンプ２０の非反転入力端子（＋端子）に接続された抵抗２３と、オペアンプ２０の非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗２４と、からなる一般的な構成のものである。そして、抵抗２１のオペアンプ２０側とは反対側の端部が、電流／電圧変換用抵抗１２のランプＬ側の端部に接続されており、抵抗２３のオペアンプ２０側とは反対側の端部が、電流／電圧変換用抵抗１２のストップスイッチＳＴＳ側の端部に接続されている。つまり、差動増幅回路１４は、ストップスイッチＳＴＳを介して供給されるバッテリ電圧ＶＢを非反転入力とし、電流／電圧変換用抵抗１２とランプＬ（Ｌ１〜Ｌｎ）との接続点の電圧Ｖａを反転入力としている。
【０００６】
一方、非反転増幅回路１６は、オペアンプ２５と、オペアンプ２５の反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗２６と、オペアンプ２５の反転入力端子と出力端子との間に設けられた抵抗２７と、一端がオペアンプ２５の非反転入力端子に接続された抵抗２８と、からなる一般的な構成のものであり、抵抗２８のオペアンプ２５側とは反対側の端部が、差動増幅回路１４を構成するオペアンプ２０の出力端子に接続されている。
【０００７】
そして、上記２つのオペアンプ２０，２５には、バッテリ電圧ＶＢが、車両のイグニッションスイッチＩＧＳを介して、接地電位を基準とした動作電圧Ｖｃｃとして供給されるようになっている。
また、非反転増幅回路１６の出力電圧（即ち、オペアンプ２５の出力電圧）Ｖｏｕｔ２は、マイコン１８に内蔵されたＡ／Ｄ変換器の入力端子（以下、Ａ／Ｄ端子という）へ入力されるようになっており、マイコン１８は、そのＡ／Ｄ端子に入力される非反転増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔ２をデジタル値に変換して、ランプＬの断線状態を判定するのに用いる。
【０００８】
このような断線検出装置１００では、イグニッションスイッチＩＧＳとストップスイッチＳＴＳとがオンされている場合に、以下の手順で断線検出が行われる。
まず、ランプＬには電流／電圧変換用抵抗１２を介して電流が供給されることとなり、その電流／電圧変換用抵抗１２とランプＬとの接続点の電圧Ｖａ（以下、検出電圧Ｖａともいう）は、バッテリ電圧ＶＢよりも電流／電圧変換用抵抗１２での電圧降下分だけ低い電圧となる。つまり、電流／電圧変換用抵抗１２からランプＬに流れる電流の値をＩＬとし、電流／電圧変換用抵抗１２の抵抗値をＲ１２とすると、「Ｖａ＝ＶＢ−ＩＬ×Ｒ１２」となる。
【０００９】
よって、検出電圧Ｖａは、図７（ａ）に示すように、ランプＬが断線していない正常な場合（非断線時）に最低値Ｖ00となり、ランプＬ（Ｌ１〜Ｌｎ）の何れかが断線した場合（断線時）には、最低値Ｖ00から僅かに上昇した値Ｖ01となる。尚、電圧Ｖａは、より多くのランプＬが断線するほどバッテリ電圧ＶＢに近い値となり、全てのランプＬが断線すればバッテリ電圧ＶＢと等しくなる。
【００１０】
そして、図６の断線検出装置１００では、このような検出電圧Ｖａが差動増幅回路１４によって反転増幅され、その差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、図７（ｂ）のようになる。つまり、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、電圧Ｖａが高くなるほど低くなるため、非断線時に最高値Ｖ10となり、断線時には最高値Ｖ10よりも低い値Ｖ11となる。
【００１１】
更に、図６の断線検出装置１００では、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔ１が非反転増幅回路１６によって増幅（非反転増幅）されるため、その非反転増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、図７（ｃ）に示すように、非断線時に最高値Ｖ20となり、断線時には最高値Ｖ20よりも低い値Ｖ21となる。
【００１２】
そして、非反転増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、マイコン１８に入力されるが、非断線時にマイコン１８へ入力される電圧Ｖｏｕｔ２の値Ｖ20と、断線時にマイコン１８へ入力される電圧Ｖｏｕｔ２の値Ｖ21との差は、差動増幅回路１４と非反転増幅回路１６とによる２度の増幅により、断線判定を行うのに十分大きなものとなる。そこで、マイコン１８は、非反転増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔ２と、断線状態判定用の判定値Ｖｔｈ（図７（ｃ）参照）とを比較して、電圧Ｖｏｕｔ２が判定値Ｖｔｈよりも低ければ、ランプＬ（Ｌ１〜Ｌｎ）の何れかが断線していると判定する。
【００１３】
ここで、上記従来の断線検出装置１００において、検出電圧Ｖａを差動増幅回路１４と非反転増幅回路１６とで２段階に増幅するようにしているのは、以下の理由による。
まず、一般に、オペアンプの入力段としては、図８（ａ）に示す如く２段に接続されたＮＰＮトランジスタを備えたもの（以下、ＮＰＮトランジスタタイプの入力段という）と、図８（ｂ）に示す如く２段に接続されたＰＮＰトランジスタを備えたもの（以下、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段という）とがある。
【００１４】
そして、図８（ａ）のＮＰＮトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプでは、入力電圧が１．４Ｖ〜動作電圧Ｖｃｃの範囲でないと動作せず、出力可能な電圧範囲（出力電圧の範囲）も、その入力電圧の範囲と同じく１．４Ｖ〜動作電圧Ｖｃｃとなる。また、図８（ｂ）のＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプでは、入力電圧が０Ｖ〜動作電圧Ｖｃｃ−１．４Ｖの範囲でないと動作せず、出力可能な電圧範囲も、その入力電圧の範囲と同じく０Ｖ〜動作電圧Ｖｃｃ−１．４Ｖとなる。
【００１５】
一方、この種の断線検出装置において、電気負荷としてのランプＬには、電源電圧（図６の例ではバッテリ電圧ＶＢ）になるべく近い電圧を印加する必要があり、電流／電圧変換用抵抗１２の抵抗値は、電圧Ｖａがバッテリ電圧ＶＢの近傍（具体的には、バッテリ電圧ＶＢよりも数百ｍＶ程度だけ低い電圧）となるように、小さい値に設定される。
【００１６】
よって、図６の断線検出装置１００において、電圧Ｖａは、「オペアンプの動作電圧Ｖｃｃ−１．４Ｖ」よりも高い電圧となり、差動増幅回路１４を構成するオペアンプ２０としては、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを使うことができず、ＮＰＮトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを用いることとなる。
【００１７】
ところが、ＮＰＮトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプでは、前述したように、出力として１．４Ｖ以下を出すことができない。
このため、図６の断線検出装置１００において、仮に、非反転増幅回路１６を設けず、オペアンプ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ１をマイコン１８に直接入力するようにしたとすると、ランプＬの各状態に対応する電圧Ｖａの各値（図７（ａ）のＶ00，Ｖ01）を、差動増幅回路１４により、１．４Ｖからマイコン１８が読取可能な電圧範囲の最高値Ｖmax （例えば４．５Ｖ）までの狭い出力電圧範囲内に移すこととなる（換言すれば、オペアンプ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ１のダイナミックレンジを、１．４Ｖ〜上記Ｖmax に設定することとなる）。しかし、この場合、差動増幅回路１４の増幅率を大きく設定すると、構成部品の特性ばらつきによって、オペアンプ２０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が上記狭い出力電圧範囲から簡単に外れてしまう。尚、一般に、マイコン１８に供給される動作電圧は論理回路レベルの５Ｖ±１０％であるため、マイコン１８が読取可能な電圧範囲は０Ｖ〜５Ｖ±１０％となり、上記最高値Ｖmax は、設計上は４．５Ｖとされる。
【００１８】
そこで、従来の断線検出装置１００では、１段目の差動増幅回路１４の増幅率を装置全体で必要な値よりも小さくし、２段目にＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプ２５からなる非反転増幅回路１６を設けて、装置全体での増幅率を必要十分な値にまで大きくしている。尚、２段目の非反転増幅回路１６のオペアンプ２５として、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを使用しているのは、マイコン１８に入力される電圧（非反転増幅回路１６の出力電圧Ｖｏｕｔ２）のダイナミックレンジを、０Ｖを最低値とした０Ｖ〜上記Ｖmax（＝４．５Ｖ）の範囲にしたいからである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の断線検出装置１００では、差動増幅回路１４と非反転増幅回路１６とを１つずつ設けなければならず、オペアンプが２つ必要となることから、回路の大型化とコストアップとを招いてしまう。
【００２０】
そこで、本発明は、電気負荷の断線検出装置を、小型化及び低コスト化することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の電気負荷の断線検出装置は、図６の従来装置１００と同様に、並列接続された複数の電気負荷に電力を供給する単一の電源と、単一の電源の高電位側（以下、電源電圧という）から前記電気負荷へ至る電流供給経路に直列に設けられた電流／電圧変換用抵抗と、オペアンプにより構成された差動増幅回路とを備えている。
【００２２】
そして、この断線検出装置においても、電流／電圧変換用抵抗の両端の各電圧（即ち、電源電圧と、電流／電圧変換用抵抗と電気負荷との接続点の電圧Ｖａ）が、差動増幅回路の入力となっており、判定手段が、上記差動増幅回路の出力電圧（換言すれば、オペアンプの出力電圧）Ｖｏｕｔを入力して、その入力した電圧Ｖｏｕｔと断線状態判定用の判定値とを比較することにより、上記電気負荷の断線状態を判定するが、特に、この断線検出装置には、上記電源電圧を昇圧して、その電源電圧よりも高い電圧を出力する昇圧回路が設けられており、その昇圧回路で昇圧された電圧（以下、昇圧電圧という）ＶＰが、差動増幅回路のオペアンプの動作電圧Ｖｃｃとして供給される。
【００２３】
このような請求項１の断線検出装置によれば、差動増幅回路による１段階の増幅だけで、十分な検出精度を達成することができる。
理由を述べると、まず、差動増幅回路のオペアンプに、電源電圧よりも高い昇圧電圧ＶＰを動作電圧Ｖｃｃとして供給するようにしているため、そのオペアンプとして、図８（ｂ）に示したＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを用いることができる。つまり、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプでは、前述したように、その入力電圧が０Ｖ〜動作電圧Ｖｃｃ−１．４Ｖの範囲となるが、動作電圧Ｖｃｃを電源電圧よりも高い昇圧電圧ＶＰとしているため、電流／電圧変換用抵抗と電気負荷との接続点の電圧Ｖａが電源電圧近傍であっても、その電圧Ｖａを正常に識別して入力することができるからである。
【００２４】
そして、差動増幅回路のオペアンプとして、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを用いることができるため、そのオペアンプの出力電圧Ｖｏｕｔのダイナミックレンジを、０Ｖから判定手段が読取可能な電圧範囲の最高値Ｖmax までの広い範囲（０Ｖ〜Ｖmax ）に設定することができる。つまり、電気負荷の各状態に対応する上記電圧Ｖａの各値を、０Ｖから上記最高値Ｖmax （例えば４．５Ｖ）までの広い出力電圧範囲内に移すことができ、このため、差動増幅回路の増幅率を、当該装置全体で必要な値にまで大きく設定することができる。
【００２５】
よって、差動増幅回路による１段階の増幅だけであるにも拘らず、十分な増幅率、延いては、十分な断線検出精度を得ることができ、複数の電気負荷が並列接続されている多負荷の場合に、その電気負荷の何れか１つが断線しても、その断線の発生を確実に検出することができるようになる。
【００２６】
また、近年の半導体集積回路の技術分野において、オペアンプからなる非反転増幅回路と昇圧回路（所謂チャージポンプ回路）とでは、昇圧回路の方が小型化が可能で安価である。このため、請求項１の断線検出装置によれば、小型で安価な構成でありながら、精度の良い断線検出が可能となる。
また、前記オペアンプの非反転入力端子に入力される電圧（以下、基準電圧という）を、判定手段からの出力に応じて変化させる電圧調節手段と、判定手段が前記電圧調節手段に出力すべき出力値であって、差動増幅回路の出力誤差を無くすことが可能な該判定手段の出力値が記憶された不揮発性メモリとを備えている。そして、判定手段は、電圧調節手段へ、前記不揮発性メモリに記憶されている出力値を出力した状態で、電気負荷の断線状態の判定を実施する。
つまり、差動増幅回路では、それを構成するオペアンプの非反転入力端子に入力される基準電圧を変えれば、その出力特性が変わる。そこで、請求項２の断線検出装置では、オペアンプの上記基準電圧を調節することで、差動増幅回路の出力誤差を補償するようにしており、基準電圧を調整するための調整値に相当する判定手段から電圧調節手段への出力値を、不揮発性メモリに記憶しておくようにしている。
そして、このような請求項１の断線検出装置によれば、差動増幅回路の個々の特性ばらつきの影響を受けることなく、精度の良い断線検出が可能となる。また、当該断線検出装置の製造時において、差動増幅回路の特性ばらつきを補償するための部品調整作業（例えば、抵抗値の調整作業）を人手により行う必要もなくなる。
【００２７】
次に、請求項２に記載の電気負荷の断線検出装置は、請求項１の断線検出装置において、差動増幅回路の出力誤差が記憶された不揮発性メモリを備えている。そして、判定手段は、差動増幅回路の出力電圧または断線状態判定用の判定値を、前記不揮発性メモリに記憶されている出力誤差だけ補正して、電気負荷の断線状態の判定を実施する。
【００２８】
尚、不揮発性メモリに記憶させる出力誤差は、差動増幅回路の設計上の出力値と実際の出力値との差であり、例えば、当該断線検出装置の製造時において、電流／電圧変換用抵抗に差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔが所定値Ｓとなるはずの電流Ｉｓを流してやると共に、当該装置の動作モードを検査モードに設定すると、その時の差動増幅回路の実際の出力電圧Ｖｏｕｔと上記所定値Ｓとの差が、差動増幅回路の出力誤差として不揮発性メモリに記憶される、というように構成すれば良い。
【００２９】
そして、このような請求項２の断線検出装置によれば、差動増幅回路の個々の特性ばらつきの影響を受けることなく、精度の良い断線検出が可能となる。また、当該断線検出装置の製造時において、差動増幅回路の特性ばらつきを補償するための部品調整作業（例えば、抵抗値の調整作業）を人手により行う必要もなくなる。
【００３２】
次に、請求項３に記載の電気負荷の断線検出装置では、請求項１または２の断線検出装置において、判定手段が、電源電圧を検出し、その検出した電源電圧に応じて断線状態判定用の判定値を補正する。
【００３３】
具体的には、判定手段は、差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔが判定値よりも低ければ、断線が生じた（電気負荷の何れかが断線した）と判定し、また、電源電圧が高くなると、差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔも高くなるため、判定値は、電源電圧が高い場合ほど、大きい値に補正すれば良い。
【００３４】
そして、このような請求項３の断線検出装置によれば、電源電圧の変動の影響を受けることなく、正確な断線検出が可能となる。例えば、断線検出対象の電気負荷が、互いに並列接続された複数のランプであるとすると、より多くのランプのうちの何れかが断線したことを、電源電圧が変動しても正確に検出できるようになる。
【００３５】
つまり、並列接続されるランプの数が多くなればなるほど、非断線時の電圧Ｖａ（図７（ａ）のＶ００）とランプの１つが断線した時の電圧Ｖａ（図７（ａ）のＶ０１）との差が小さくなるため、電源電圧が上昇すると、ランプの１つが断線した場合の差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔ（図７（ｂ）のＶ１１）が、低電圧時あるいは通常電圧時における非断線時の差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔ（図７（ｂ）のＶ１０）よりも高くなって、断線の発生を正確に検知できなくなる可能性がある。また、このことは、１個だけワット数が小さいランプがあって、そのランプが断線した場合にも同様である。そこで、請求項３の断線検出装置のように、電源電圧の上昇に伴って判定値が大きい値に補正されれば、このような問題を回避することができる。
【００３６】
ところで、上記請求項１〜３の断線検出装置において、差動増幅回路には、請求項４に記載の如く、当該断線検出装置が検出すべき電気負荷の各状態に対応する差動増幅回路の出力電圧の各値（少なくとも、非断線時の値と電気負荷の何れかが断線した時の値）が、差動増幅回路を構成する部品の特性ばらつきによらず、判定手段にて読取可能な電圧範囲に入るように、オフセットを設けておくことが望ましい。
【００３７】
尚、差動増幅回路にオフセットを設ける手法としては、電源電圧を分圧して前述の基準電圧を生成する分圧用抵抗のバランスを故意にずらしたり、オペアンプとして、入力のオフセットを一定方向に故意にシフトさせたものを作成して用いれば良い。また、断線検出装置が検出すべき電気負荷の各状態とは、少なくとも、断線が発生していない正常な状態と、電気負荷の何れかが断線した状態とのことである。
【００３８】
そして、このような請求項４の断線検出装置によれば、当該装置が検出すべき電気負荷の各状態に対応する差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔの各値が、差動増幅回路の構成部品の特性ばらつきにより、判定手段にて読取可能な電圧範囲から出てしまうことを確実に防止でき、精度の良い断線検出を確実に実施することができるようになる。
【００３９】
また、当該断線検出装置の製造時において、差動増幅回路の特性ばらつきを補償するための部品調整作業（主に抵抗値の調整作業）を人手により行うのであれば、その作業も楽になる。これは、例えば、差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔが上記電圧Ｖａに拘わらず０Ｖのままになってしまう、といった飽和状態を無くすことができ、出力電圧Ｖｏｕｔを見ながら抵抗値を調整する、といった作業を容易に進めることができるからである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の断線検出装置について、図面を用いて説明する。
まず図１は、第１実施形態の断線検出装置１の構成を表す回路図である。
【００４１】
尚、本第１実施形態の断線検出装置１においても、断線検出対象の電気負荷は、前述した図６の断線検出装置１００と同様に、車両のｎ個のストップランプＬ１〜Ｌｎ（以下単に、ランプＬともいう）である。そして、図１において、図６の断線検出装置１００と同じ構成部品や電圧については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１に示すように、本第１実施形態の断線検出装置１は、図６の断線検出装置１００と比較すると、ハードウエア面において以下の（１−１）及び（１−２）の点が異なっている。
（１−１）：非反転増幅回路１６が設けられておらず、その代わりに、電源としてのバッテリ１０の高電位側であるバッテリ電圧ＶＢ（電源電圧に相当）を昇圧して、その電圧ＶＢよりも高い電圧（昇圧電圧）ＶＰを出力する昇圧回路としてのチャージポンプ回路３０が設けられている。
【００４３】
そして、そのチャージポンプ回路３０から出力される昇圧電圧ＶＰが、差動増幅回路１４のオペアンプ２０に、接地電位基準の動作電圧Ｖｃｃとして供給されるようになっている。
そして更に、オペアンプ２０としては、図８（ｂ）のＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプが用いられており、そのオペアンプ２０の出力電圧（差動増幅回路１４の出力電圧）Ｖｏｕｔが、マイコン１８のＡ／Ｄ端子に直接入力されるようになっている。
【００４４】
尚、図１において、チャージポンプ回路３０からオペアンプ２０への動作電圧Ｖｃｃの供給ラインと接地電位との間に接続されたコンデンサ３２は、動作電圧Ｖｃｃを安定させるためのものであり、オペアンプ２０の入力端子間に接続されたコンデンサ３４は、ノイズによる誤動作を防止するためのものである。
【００４５】
（１−２）：差動増幅回路１４の出力誤差が記憶される不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ３６が設けられており、そのＥＥＰＲＯＭ３６は、マイコン１８とデータ転送可能に接続されている。
ここで、チャージポンプ回路３０は、車両のイグニッションスイッチＩＧＳを介してエミッタにバッテリ電圧ＶＢが供給されるＰＮＰトランジスタ４０と、そのトランジスタ４０のコレクタに一端が接続された抵抗４１と、その抵抗４１の他端に一端が接続された抵抗４２と、その抵抗４２の他端にコレクタが接続されたＮＰＮトランジスタ４３と、そのトランジスタ４３のエミッタにアノードが接続され、カソードが接地電位に接続されたダイオード４４と、ＰＮＰトランジスタ４０のエミッタにアノードが接続されたダイオード４５と、そのダイオード４５のカソードにアノードが接続されたダイオード４６と、そのダイオード４６のカソードに一端が接続された抵抗４７と、ダイオード４５のカソードと抵抗４１，４２同士の接続点との間に接続されたコンデンサ４８と、ダイオード４６のカソードと接地電位との間に接続されたコンデンサ４９と、抵抗４７のダイオード４６側とは反対側の端部と接地電位との間に接続されたコンデンサ５０と、そのコンデンサ５０と並列に且つアノードを接地電位側にして接続されたツェナーダイオード５１とを備えている。
【００４６】
更に、チャージポンプ回路３０は、ＰＮＰトランジスタ４０のエミッタとベースとの間に接続された抵抗５２と、ＰＮＰトランジスタ４０のエミッタとＮＰＮトランジスタ４３のベースとの間に接続された抵抗５３と、ＮＰＮトランジスタ４３のベースにアノードが接続されたダイオード５４と、ＰＮＰトランジスタ４０のベースとダイオード５４のカソードとの間に接続された抵抗５５と、ダイオード５４のカソードと抵抗５５との接続点にコレクタが接続され、エミッタが接地電位に接続されたＮＰＮトランジスタ５６と、そのトランジスタ５６のベースとマイコン１８の出力ポートとの間に接続された抵抗５７とを備えている。
【００４７】
そして、このチャージポンプ回路３０では、マイコン１８から抵抗５７へ出力される制御信号によってトランジスタ５６が一定周期で繰り返しオン／オフされる。
すると、トランジスタ５６のオン時には、トランジスタ４０がオンすると共にトランジスタ４３がオフし、トランジスタ５６のオフ時には、トランジスタ４０がオフすると共にトランジスタ４３がオンする、といった具合に、トランジスタ４０とトランジスタ４３とが交互にオンして、コンデンサ４８のバッテリ電圧ＶＢによる充放電が行われ、それに伴い、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧でのコンデンサ４９，５０への充電が行われる。そして、最終的には、コンデンサ５０と抵抗４７との接続点からオペアンプ２０へ、バッテリ電圧ＶＢをほぼ２倍にまで昇圧した昇圧電圧ＶＰが動作電圧Ｖｃｃとして供給される。
【００４８】
尚、チャージポンプ回路３０は、それの構成部品の全て、あるいは、コンデンサ５０等の比較的大きな部品を除く殆どの部品が、ＩＣ化されて構成されている。
そして、このようなチャージポンプ回路３０を備えた本第１実施形態の断線検出装置１においても、電流／電圧変換用抵抗１２とランプＬとの接続点の電圧（検出電圧）Ｖａが差動増幅回路１４によって反転増幅され、その差動増幅回路１４の出力電圧（オペアンプ２０の出力電圧）Ｖｏｕｔは、図７（ｂ）に示したように、検出電圧Ｖａが高くなるほど低くなって、非断線時に最高値Ｖ10となり、断線時には最高値Ｖ10よりも低い値Ｖ11となる。そして更に、判定手段としてのマイコン１８は、イグニッションスイッチＩＧＳとストップスイッチＳＴＳとがオンされている場合に、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔと断線状態判定用の判定値Ｖｔｈとを比較し、電圧Ｖｏｕｔが判定値Ｖｔｈよりも低ければ、ランプＬ（Ｌ１〜Ｌｎ）の何れかが断線したと判定して、予め決められたフェイルセーフ処理を行う。
【００４９】
また特に、本第１実施形態の断線検出装置１において、マイコン１８は、上記のような断線検出を実施する際に、差動増幅回路１４から入力した該差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔあるいは上記判定値Ｖｔｈを、ＥＥＰＲＯＭ３６に予め記憶されている差動増幅回路１４に固有の出力誤差分だけ補正して、ランプＬの断線状態を判定する。
【００５０】
具体的に説明すると、本断線検出装置１では、それの製造時において、電流／電圧変換用抵抗１２に差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが所定値Ｓとなるはずの電流Ｉｓを流してやると共に、マイコン１８に対し、図示しない信号線や通信ラインを介して検査用動作モードの指示信号を与えてやると、マイコン１８は、その時の差動増幅回路１４の実際の出力電圧Ｖｏｕｔと上記所定値Ｓとの差を、差動増幅回路１４の出力誤差としてＥＥＰＲＯＭ３６に記憶する（書き込む）ようになっている。例えば、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが設計上３Ｖとなるはずの電流を電流／電圧変換用抵抗１２に流した際に、差動増幅回路１４の実際の出力電圧Ｖｏｕｔが３．１Ｖならば、０．１Ｖが出力誤差として記憶される。そして、この例の場合、マイコン１８は、上記検査用動作モードではない通常動作モード時において、差動増幅回路１４から入力した電圧Ｖｏｕｔを、「Ｖｏｕｔ−０．１」と補正するか、あるいは、判定値Ｖｔｈを「Ｖｔｈ＋０．１Ｖ」と補正して、ランプＬの断線状態を判定する。
【００５１】
以上のような本第１実施形態の断線検出装置１では、差動増幅回路１４のオペアンプ２０に、電源電圧であるバッテリ電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧ＶＰを動作電圧Ｖｃｃとして供給するようにしているため、そのオペアンプ２０として、図８（ｂ）のＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを用いているにも拘わらず、バッテリ電圧ＶＢに近い検出電圧Ｖａを正常に識別して入力することができる。
【００５２】
そして、オペアンプ２０として、ＰＮＰトランジスタタイプの入力段を持つオペアンプを用いることができるため、前述したように、そのオペアンプ２０の出力電圧Ｖｏｕｔのダイナミックレンジを、０Ｖから判定手段としてのマイコン１８が読取可能な電圧範囲の最高値Ｖmax （ここでは４．５Ｖ）までの広い範囲（０Ｖ〜Ｖmax ）に設定することができる。つまり、検出すべきランプＬの各状態（少なくとも、ランプＬが全て正常な非断線の状態と、ランプＬが１つ断線した状態）に対応する検出電圧Ｖａの各値を、０Ｖから上記最高値Ｖmax までの広い出力電圧範囲内に移すことができる。このため、差動増幅回路１４の増幅率を、当該装置１全体で必要な値にまで大きく設定することができる。
【００５３】
よって、本第１実施形態の断線検出装置１によれば、差動増幅回路１４による１段階の増幅だけであるにも拘わらず、十分な増幅率、延いては、十分な断線検出精度を得ることができ、複数のランプＬの何れか１つが断線しても、その断線の発生を確実に検出することができるようになり、図６のような非反転増幅回路１６を備えない小型で安価な構成でありながら、精度の良い断線検出が可能となる。
【００５４】
しかも、本第１実施形態の断線検出装置１によれば、マイコン１８が、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔあるいは判定値Ｖｔｈを、ＥＥＰＲＯＭ３６に記憶されている差動増幅回路１４の出力誤差分だけ補正して、ランプＬの断線状態を判定するようにしているため、差動増幅回路１４の個々の特性ばらつきの影響を受けることなく、精度の良い断線検出が可能となる。また、当該断線検出装置１の製造時において、差動増幅回路１４の特性ばらつきを補償するための部品調整作業（主に抵抗２１〜２４の抵抗値調整作業）を人手により行う必要もなくなる。
【００５５】
次に、第２実施形態の断線検出装置について、図２を用いて説明する。尚、図２において、第１実施形態の断線検出装置１（図１）と同じ構成部品や電圧については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
本第２実施形態の断線検出装置２は、第１実施形態の断線検出装置１と比較すると、以下の（２−１）及び（２−２）の点が異なっている。
【００５６】
（２−１）：まず図２に示すように、本第２実施形態の断線検出装置２には、マイコン１８からのデジタルデータに応じた電圧を出力するＤ／Ａコンバータ６０と、そのＤ／Ａコンバータ６０の出力端子に一端が接続され、他端がオペアンプ２０の非反転入力端子に接続された抵抗６２とが、追加して設けられている。
【００５７】
このため、本第２実施形態の断線検出装置２では、オペアンプ２０の非反転入力端子に入力される電圧（基準電圧）Ｖｂが、マイコン１８からＤ／Ａコンバータ６０に出力されるデジタルデータの値（以下単に、出力値という）に応じて調整されることとなる。尚、本実施形態では、上記Ｄ／Ａコンバータ６０と抵抗６２とが、電圧調節手段に相当している。
【００５８】
（２−２）：ＥＥＰＲＯＭ３６には、差動増幅回路１４の出力誤差でなく、マイコン１８がＤ／Ａコンバータ６０に出力すべき出力値であって、差動増幅回路１４の出力誤差を無くすことが可能な該マイコン１８の出力値が記憶されている。そして、マイコン１８は、ＥＥＰＲＯＭ３６に記憶されている出力値をＤ／Ａコンバータ６０に出力した状態で、ランプＬの断線状態の判定を実施する。
【００５９】
つまり、差動増幅回路１４では、オペアンプ２０の非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｂを変えれば、その出力特性が変わるため、本第２実施形態の断線検出装置２では、オペアンプ２０の上記基準電圧Ｖｂを調節することで、差動増幅回路１４の出力誤差を無くすようにしており、その基準電圧Ｖｂを調整するための調整値に相当するＤ／Ａコンバータ６０への出力値を、ＥＥＰＲＯＭ３６に記憶しておくようにしている。
【００６０】
具体的に説明すると、本断線検出装置２では、それの製造時において、電流／電圧変換用抵抗１２に差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが所定値Ｓとなるはずの電流Ｉｓを流してやると共に、マイコン１８に対し、図示しない信号線や通信ラインを介して検査用動作モードの指示信号を与えてやると、マイコン１８は、その時の差動増幅回路１４の実際の出力電圧Ｖｏｕｔが上記所定値Ｓとなるように、Ｄ／Ａコンバータ６０への出力値を変化させ、Ｖｏｕｔ＝所定値Ｓとなったときの出力値を、基準電圧Ｖｂの調整値としてＥＥＰＲＯＭ３６に記憶する（書き込む）ようになっている。例えば、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが設計上３Ｖとなるはずの電流を電流／電圧変換用抵抗１２に流した際に、差動増幅回路１４の実際の出力電圧Ｖｏｕｔが３．１Ｖならば、マイコン１８は、Ｄ／Ａコンバータ６０の出力電圧を徐々に小さくしていくことにより、オペアンプ２０の基準電圧Ｖｂを徐々に下げていき、Ｖｏｕｔ＝３Ｖとなった時のＤ／Ａコンバータ６０への出力値を、調整値としてＥＥＰＲＯＭ３６に記憶する。そして、マイコン１８は、上記検査用動作モードではない通常動作モード時において、Ｄ／Ａコンバータ６０へＥＥＰＲＯＭ３６に記憶した上記調整値を出力しながら、ランプＬの断線状態を判定する。
【００６１】
このため、本第２実施形態の断線検出装置２によっても、差動増幅回路１４の個々の特性ばらつきの影響を受けることなく、精度の良い断線検出が可能となり、第１実施形態の断線検出装置１と同じ効果が得られる。
尚、オペアンプ２０の上記基準電圧Ｖｂが、マイコン１８に供給される動作電圧（一般に５Ｖ±１０％）よりも必ず低いことが保証されているのであれば、Ｄ／Ａコンバータ６０を削除して、マイコン１８に内蔵されたＤ／Ａコンバータから抵抗６２の一端へ、基準電圧Ｖｂを調整するための調整値を出力するように構成することもできる。
【００６２】
次に、第３実施形態の断線検出装置について、図３及び図４を用いて説明する。尚、図３は、第３実施形態の断線検出装置３の構成を表す回路図であるが、この図３において、第１実施形態の断線検出装置１（図１）と同じ構成部品や電圧については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
本第３実施形態の断線検出装置３は、第１実施形態の断線検出装置１と比較すると、以下の（３−１）及び（３−２）の点が異なっている。
（３−１）：まず図３に示すように、本第３実施形態の断線検出装置３には、バッテリ電圧ＶＢを分圧してマイコン１８に入力させる２つの抵抗６４，６６が追加して設けられている。尚、この２つの抵抗６４，６６は、当該装置３において、ストップスイッチＳＴＳを介しバッテリ電圧ＶＢが印加される端子と接地電位との間に、直列に設けられている。そして、その両抵抗６４，６６同士の接続点の電圧が、マイコン１８の他のＡ／Ｄ端子（即ち、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔを入力するＡ／Ｄ端子とは別のＡ／Ｄ端子）に入力されるようになっている。
【００６４】
（３−２）：マイコン１８は、抵抗６４，６６による分圧電圧からバッテリ電圧ＶＢを検出すると共に、ランプＬの断線状態を判定する際には、その検出したバッテリ電圧ＶＢの値に応じて断線状態判定用の判定値Ｖｔｈを補正する。
具体的に説明すると、まず、マイコン１８内のＲＯＭには、判定値Ｖｔｈの補正係数とバッテリ電圧ＶＢとの関係を図４の如く定めたデータマップが予め記憶されている。そして、マイコン１８は、抵抗６４，６６による分圧電圧から検出したバッテリ電圧ＶＢに対応する補正係数を上記データマップから読み出し、その読み出した補正係数を判定値Ｖｔｈに乗じた値を、断線判定に実際に用いる判定値Ｖｔｈとする。よって、判定値Ｖｔｈは、バッテリ電圧ＶＢが高くなるほど、大きい値に補正されることとなる。これは、バッテリ電圧ＶＢが高くなるほど、差動増幅回路の出力電圧Ｖｏｕｔも高くなるためである。
【００６５】
そして、このような第３実施形態の断線検出装置３によれば、より多くのランプＬのうちの何れかが断線したことを、バッテリ電圧ＶＢが変動しても正確に検出できるようになり、より正確な断線検出が可能となる。
つまり、並列接続されるランプＬの数が多くなればなるほど、非断線時の検出電圧ＶａとランプＬの１つが断線した時の検出電圧Ｖａとの差が小さくなるため、バッテリ電圧ＶＢが上昇すると、ランプＬの１つが断線した場合の差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが、低電圧時あるいは通常電圧時における非断線時の差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔよりも高くなって、断線の発生を正確に検知できなくなる可能性がある。また、このことは、例えば１個だけワット数が小さいランプがあって、そのランプが断線した場合にも同様である。これに対して、本第３実施形態の断線検出装置３では、バッテリ電圧ＶＢの上昇に伴って判定値Ｖｔｈが大きい値に補正されるため、このような問題を回避することができる。
【００６６】
次に、第４実施形態の断線検出装置について、図５を用いて説明する。尚、図５は、第４実施形態の断線検出装置４の構成を表す回路図であるが、この図４において、第２実施形態の断線検出装置２（図２）と同じ構成部品や電圧については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００６７】
本第４実施形態の断線検出装置４は、第２実施形態の断線検出装置２と比較すると、以下の（４−１）及び（４−２）の点が異なっている。
（４−１）：まず図５に示す如く、本第４実施形態の断線検出装置４には、第３実施形態の断線検出装置３と全く同様の抵抗６４，６６が追加して設けられており、その両抵抗６４，６６同士の接続点の電圧が、マイコン１８の他のＡ／Ｄ端子に入力されるようになっている。
【００６８】
（４−２）：そして、マイコン１８は、第３実施形態の断線検出装置３と全く同様に、抵抗６４，６６による分圧電圧からバッテリ電圧ＶＢを検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢの値に応じて断線状態判定用の判定値Ｖｔｈを補正する。
【００６９】
このため、本第４実施形態の断線検出装置４によっても、第３実施形態の断線検出装置３と同じ効果を得ることができる。
尚、上記第３及び第４実施形態の各断線検出装置３，４において、図４の如き補正係数とバッテリ電圧ＶＢとの関係は、ランプＬの抵抗値のばらつきの影響を受け難くするために、ランプＬの抵抗値の平均値に基づいて設定しておけば良い。また、上記データマップは、判定値Ｖｔｈの補正係数と抵抗６４，６６による分圧電圧との関係を定めたものとしても良い。一方、上記のようなデータマップを設けることに代えて、マイコン１８が、バッテリ電圧ＶＢの値あるいは抵抗６４，６６による分圧電圧の値から、予め決められた演算式によって判定値Ｖｔｈの補正係数を求めるように構成しても良い。
【００７０】
ところで、上記第１〜第４実施形態の各断線検出装置１〜４において、差動増幅回路１４には、当該断線検出装置が検出すべきランプＬの各状態に対応する差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔの各値（少なくとも、非断線時の値とランプＬの何れか１つが断線した時の値）が、差動増幅回路１４を構成する部品２０〜２４の特性ばらつきによらず（即ち、各部品の特性が最悪方向にばらついたとしても）、マイコン１８にて読取可能な電圧範囲（０Ｖ〜４．５Ｖ）に入るように、故意にオフセットを設けておくことが望ましい。
【００７１】
例えば、ｎ個のランプＬのうちのｍ個が断線したことを判別する必要があるのであれば、そのｍ個のランプＬが断線した場合の差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔ（即ち、判別すべき出力電圧Ｖｏｕｔの最小値）が、最悪でも０Ｖより高くなるように、故意にオフセットを設けた設計を行えば良い。
【００７２】
そして、このように故意にオフセットを設けるようにすれば、当該断線検出装置１〜４が検出すべきランプＬの各状態に対応する差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔの各値が、差動増幅回路１４の構成部品２０〜２４の特性ばらつきにより、マイコン１８にて読取可能な電圧範囲から出てしまうことを確実に防止でき、精度の良い断線検出を確実に実施することができるようになる。
【００７３】
ｎ個のランプＬのうちのｍ個が断線したことを判別する必要がある場合を例に挙げて説明すると、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔは、ランプＬの断線個数が増えるほど低下していくこととなるが（図７（ｂ）参照）、部品２０〜２４の特性ばらつきにより、ｍ−１個のランプＬが断線した場合の出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖよりも低くなってしまうようなケースがあると、もはやｍ個のランプＬが断線したことは判別できない。これに対して、上記の如く差動増幅回路１４に故意にオフセットを設けておけば、そのような問題を回避でき、より高精度の断線検出が可能となる。
【００７４】
また、上記の如く差動増幅回路１４に故意にオフセットを設けておけば、当該断線検出装置の製造時に差動増幅回路１４の特性ばらつきを補償するための部品調整作業（主に抵抗２１〜２４の抵抗値調整作業）を人手により行うのであれば、その作業も楽になる。これは、差動増幅回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔが検出電圧Ｖａに拘わらず０Ｖのままになってしまう、といった飽和状態を無くすことができ、出力電圧Ｖｏｕｔを見ながら抵抗値を調整する、といった作業を容易に進めることができるからである。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記各実施形態の断線検出装置は、車両のストップランプＬ１〜Ｌｎの断線を検出するものであったが、本発明は、車両に搭載されるストップランプ以外の電気負荷あるいは車両用でない他の電気負荷の断線を検出する装置に対しても、全く同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の断線検出装置の構成を表す回路図である。
【図２】第２実施形態の断線検出装置の構成を表す回路図である。
【図３】第３実施形態の断線検出装置の構成を表す回路図である。
【図４】判定値の補正係数とバッテリ電圧との関係を表すグラフである。
【図５】第４実施形態の断線検出装置の構成を表す回路図である。
【図６】従来の断線検出装置の構成を表す回路図である。
【図７】従来の断線検出装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図８】オペアンプの入力段の構成を表す回路図である。
【符号の説明】
１〜４…断線検出装置、１０…バッテリ、１２…電流／電圧変換用抵抗、１４…差動増幅回路、１８…マイコン、２０…オペアンプ、２１〜２４，６２，６４，６６…抵抗、３０…チャージポンプ回路、３６…ＥＥＰＲＯＭ、６０…Ｄ／Ａコンバータ、Ｌ，Ｌ１〜Ｌｎ…ランプ（ストップランプ）、ＩＧＳ…イグニッションスイッチ、ＳＴＳ…ストップスイッチ

Claims

並列接続された複数の電気負荷に電力を供給する単一の電源と、
前記単一の電源の高電位側（以下、電源電圧という）から前記電気負荷へ至る電流供給経路に直列に設けられた電流／電圧変換用抵抗と、
前記電源電圧を昇圧して、該電源電圧よりも高い電圧を出力する昇圧回路と、
該昇圧回路によって昇圧された電圧が動作電圧として供給されるオペアンプにより構成されると共に、前記電流／電圧変換用抵抗の両端の各電圧を入力とした差動増幅回路と、
該差動増幅回路の出力電圧を入力し、その入力した前記差動増幅回路の出力電圧と断線状態判定用の判定値とを比較することにより、前記電気負荷の断線状態を判定する判定手段と、
前記オペアンプの非反転入力端子に入力される電圧を、前記判定手段からの出力に応じて変化させる電圧調節手段と、
前記判定手段が前記電圧調節手段に出力すべき出力値であって、前記差動増幅回路の出力誤差を無くすことが可能な該判定手段の出力値が記憶された不揮発性メモリと、
を備え、
前記判定手段は、前記電圧調節手段へ、前記不揮発性メモリに記憶されている出力値を出力した状態で、前記電気負荷の断線状態の判定を実施すること
を特徴とする電気負荷の断線検出装置。
請求項１に記載の電気負荷の断線検出装置において、
前記差動増幅回路の出力誤差が記憶された不揮発性メモリを備え、
前記判定手段は、前記差動増幅回路の出力電圧または前記判定値を、前記不揮発性メモリに記憶されている前記出力誤差だけ補正して、前記電気負荷の断線状態の判定を実施すること、
を特徴とする電気負荷の断線検出装置。
請求項１または請求項２に記載の電気負荷の断線検出装置において、
前記判定手段は、前記電源電圧を検出し、その検出した電源電圧に応じて前記判定値を補正すること、
を特徴とする電気負荷の断線検出装置。
請求項１ないし請求項３の何れかに記載の電気負荷の断線検出装置において、
当該装置が検出すべき前記電気負荷の各状態に対応する前記差動増幅回路の出力電圧の各値が、前記差動増幅回路を構成する部品の特性ばらつきによらず、前記判定手段にて読取可能な電圧範囲に入るように、前記差動増幅回路には故意にオフセットが設けられていること、
を特徴とする電気負荷の断線検出装置。